Виды характеристик

Режим работы ДВС характеризуется частотой вращения коленчатого вала и развиваемой мощностью. Частота вращения пможет изменяться отn_min до n_max. Минимальная частота вращенияn_minопределяется условием устойчивой работы двигателя под нагрузкой. Максимально допустимая частотаn_maxограничивается условием качественного протекания рабочего цикла, механическими нагрузками на элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя от воздействия сил инерции и т. п. При любой частоте вращения эффективная мощность двигателя и соответствующий данному режиму крутящий момент могут изменяться от нулевого значения (режим холостого хода) до максимального.

Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха и т. п.).

Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы автотракторных двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.

Помимо этих основных характеристик для двигателей другого назначения могут использоваться специальные характеристики: тепловозная, винтовая и др.

Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.

На рис.14.1 представлены характерные скоростные характеристики для эффективной мощности карбюраторного (а) и дизельного (б) двигателей.

а) б)

Рис.14.1

Возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, характеризуются точками, расположенными внутри контура, ограниченного кривой изменения мощности в зависимости от частоты вращения и линиями граничных частот вращения.

При проектировании двигателей некоторые характеристики могут быть получены в результате расчета (скоростные и нагрузочные), хотя и в этом случае многие параметры определяются по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Скоростные характеристики

Скоростная характеристика - зависимость мощности N, крутящего момента M_кр, расхода топлива G_ти удельного расхода топлива g_eот частоты вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростную внешнюю характеристику получают при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора или при положении рейки топливного насоса дизеля, соответствующем номинальной мощности (линии aна рис.14.1). Любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой (линииbна рис.14.1).

Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках. Характеристику получают в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения до ~1.2n_ном, где n_ном- частота вращения, указанная заводом-изготовителем для номинальной мощности.

Для оценки устойчивости режима двигателя при работе по внешней характеристике используют коэффициент приспособляемости К, который равен отношению максимального крутящего момента (или среднего эффективного давления) при работе двигателя по внешней характеристике к крутящему моменту (или среднему эффективному давлению), соответствующему номинальной частоте вращения вала двигателя.

Для транспортных карбюраторных двигателей коэффициент приспособляемости равен 1.25 – 1.35, для транспортных дизелей 1.05-1.15, причем меньшие значения коэффициента приспособляемости имеют двигатели с наддувом.

Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом K_c, равным отношению частоты вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту при работе двигателя по внешней характеристике, к частоте вращения на номинальном режиме. Скоростной коэффициент у карбюраторных двигателей составляет 0.45 – 0.55, а у дизелей 0,55 – 0,70 (при наддуве до 0.8).

С достаточной степенью точности внешние скоростные характеристики можно построить по результатам теплового расчета для режима максимальной мощности двигателя. Диапазон возможных изменений скорости вращения лежит в интервале от 600 об/мин до 1.2n_номдля карбюраторных двигателей и от ~350 об/мин до n_ном для дизелей.

Зависимость мощности двигателя от скорости его вращения можно выразить следующим обобщенным выражением

Для карбюраторных двигателей приведенное выражение упрощается и приобретает вид

Для дизелей с неразделенной камерой сгорания рекомендуется зависимость

для предкамерных дизелей

и вихрекамерных

Удельный эффективный расход топлива определяется по следующим уравнениям:

для карбюраторных двигателей

для дизелей с неразделенными камерами

На рис.14.2 в качестве примера представлены расчетные внешние скоростные характеристики одного из карбюраторных двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания часто работают при переменной частоте вращения коленчатого вала, но при постоянном положении органа управления, соответствующем меньшей подаче топлива или смеси, чем при работе по внешней характеристике. Зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения его вала при различных положениях органа управления подачей топлива или смеси называют частичными скоростными характеристиками.

При работе по частичной скоростной характеристике с цикловой подачей топлива, близкой к номинальной и соответствующей наиболее

экономичной работе дизеля, эффективный КПД может быть даже выше, чем при работе по внешней скоростной характеристике.

Рис.14.2

В карбюраторных двигателях с экономайзером в карбюраторе при работе по частичным характеристикам, соответствующим прикрытию дроссельной заслонки на 20-30%, эффективный КПД выше, чем при работе двигателя по внешней характеристике.

Расчеты частичных скоростных характеристик являются приближенными, поэтому определяют эти характеристики путем эксперимента.